JP5397174B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、車両用灯具に係り、特に従来よりも部品点数を抑えることが可能な車両用灯具に関する。

従来、ＬＥＤ光源を用いた車両用灯具の分野においては、図２４に示すように、集光ユニット２１０、中拡散ユニット２２０、大拡散ユニット２３０等の複数の光学ユニットを用いて、図２５に示すように、スポット配光パターンＰ１、ミドル配光パターンＰ２、ワイド配光パターンＰ３等の個々の部分配光パターンを含む合成配光パターンを形成する車両用灯具２００が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−２９４１６６号公報

しかしながら、上記構成の車両用灯具２００においては、集光ユニット２１０、中拡散ユニット２２０、大拡散ユニット２３０それぞれが別個独立で、しかもそれぞれがＬＥＤ光源を有する構成であるため、部品点数が増加しコストアップする、という問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも部品点数を抑えることが可能な車両用灯具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、照射方向が下向きとなるように配置されたＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源よりも前方に配置された第１集束結像用レンズと、前記第１集束結像用レンズの下方、かつ、前記第１集束結像用レンズよりも前方に配置された第２集束結像用レンズと、前記ＬＥＤ光源の側方から前記ＬＥＤ光源の中心軸近傍にかけての範囲を覆うように配置された第１反射面と、前記第１反射面の下方、かつ、前記第１反射面よりも前方に配置された第２反射面と、を備えており、前記第１反射面は、前記ＬＥＤ光源から入射する光を反射し、当該反射光が前記第１集束結像用レンズを透過し、上下方向に集光しかつ左右方向に拡散したワイド配光パターンを形成するように構成されており、前記第２反射面は、前記ＬＥＤ光源から入射する光を反射し、当該反射光が前記第２集束結像用レンズを透過し、上下方向に集光しかつ左右方向に拡散したミドル配光パターンを形成するように構成されていることを特徴とする。

従来、ワイド配光パターン、ミドル配光パターンを含む合成配光パターンを形成するには少なくとも二つのＬＥＤ光源（中拡散ユニット、大拡散ユニット）が必要であったのに対し、請求項１に記載の発明によれば、一つのＬＥＤ光源で、ワイド配光パターン、ミドル配光パターンを含む最適化された合成配光パターンを形成するように、各反射面、各レンズが配置されている。このため、従来と比べ、部品点数が増加しコストアップするのを防止することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１反射面は、第１焦点が前記ＬＥＤ光源近傍に設定され、第２焦点が前記第１集束結像用レンズと自己との間に設定された回転楕円系の反射面であり、前記第２反射面は、第１焦点が前記ＬＥＤ光源近傍に設定され、第２焦点が前記第２集束結像用レンズと自己との間に設定された回転楕円系の反射面であることを特徴とする。

これは、第１反射面、第２反射面の例示である。従って、第１反射面、第２反射面としては、自由曲面等の他の反射面を用いることも可能である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、上端縁を前記第１集束結像用レンズの焦点近傍に位置させた状態で前記第１集束結像用レンズと前記第１反射面との間に配置された第１遮光シャッタ、上端縁を前記第２集束結像用レンズの焦点近傍に位置させた状態で前記第２集束結像用レンズと前記第２反射面との間に配置された第２遮光シャッタのうち、少なくとも一方を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、第１遮光シャッタ又は第２遮光シャッタの上端縁により規定されるカットオフラインを有するワイド配光パターン又はミドル配光パターンを形成することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、前記第２集束結像用レンズの下方、かつ、前記第２集束結像用レンズよりも前方に配置された第３集束結像用レンズと、前記第２反射面の下方、かつ、前記第２反射面よりも前方に配置された第３反射面と、をさらに備えており、前記第３反射面は、前記ＬＥＤ光源から入射する光を反射し、当該反射光が前記第３集束結像用レンズを透過し、上下方向に集光しかつ左右方向に拡散したスポット配光パターンを形成するように構成されていることを特徴とする。

従来、ワイド配光パターン、ミドル配光パターン、スポット配光パターンを含む合成配光パターンを形成するには少なくとも三つのＬＥＤ光源（集光ユニット、中拡散ユニット、大拡散ユニット）が必要であったのに対し、請求項４に記載の発明によれば、一つのＬＥＤ光源で、ワイド配光パターン、ミドル配光パターン、スポット配光パターンを含む最適化された合成配光パターンを形成するように、各反射面、各レンズが配置されている。このため、従来と比べ、部品点数が増加しコストアップするのを防止することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、前記第１集束結像用レンズの下方、前記第１集束結像用レンズよりも前方、かつ、前記第２集束結像用レンズの両側に配置された第４集束結像用レンズと、前記ＬＥＤ光源よりも後方、前記第１反射面の上方、かつ、前記第４集束結像用レンズの上方に、前記ＬＥＤ光源の側方を覆うように配置された第４反射面と、をさらに備えており、前記第４反射面は、前記ＬＥＤ光源から入射する光を反射し、当該反射光が第４集束結像用レンズを透過し、上下方向に集光しかつ左右方向に拡散した付加ミドル配光パターンを形成するように構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、第４集束結像用レンズ及び第４反射面の作用により、下方向に集光しかつ左右方向に拡散した集光性が高い付加ミドル配光パターンを形成することが可能となる。

請求項６に記載の発明は、前記第３集光結像用レンズの両側に配置された拡散用レンズと、前記第３反射面の両側に配置された第５反射面と、をさらに備えており、前記第５反射面は、前記ＬＥＤ光源から入射する光を反射し、当該反射光が前記拡散用レンズを透過し、左右方向に拡散したオーバーヘッドサイン視認用配光パターンを形成するように構成されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、拡散用レンズ及び第５反射面の作用により、水平方向に拡散したオーバーヘッドサイン視認用配光パターンを形成することが可能となる。

本発明によれば、従来よりも部品点数を抑えることが可能な車両用灯具を提供することが可能となる。

本発明の実施形態である車両用灯具１００の斜視図である。 車両用灯具１００の正面図である。 車両用灯具１００の分解斜視図である。 各レンズ３１〜３５、各反射面２１〜２５、各遮光シェード４１〜４４の配置を説明するための図である。 図２に示した車両用灯具１００のＡ−Ａ断面図である。 ＬＥＤ光源１０の発光強度を説明するための図である。 ワイド光学系によるワイド配光パターンＰ１の例である。 トロイダルレンズ３１の斜視図である。 ＬＥＤ光源１０からの光Ｒａｙ１が斜め上方から集束結像用レンズＬの下側半分のレンズ部分Ｌ_ｂに入射した場合の問題点（カットオフライン近傍の着色）を説明するための図である。 ＬＥＤ光源１０からの光Ｒａｙ１が斜め上方から集束結像用レンズＬの下側半分のレンズ部分Ｌ_ｂに入射した場合の問題点（カットオフライン近傍の着色）を説明するための図である。 従来の下側半分をカットしていないレンズにより形成されるカットオフラインを含む配光パターンの例である。 従来の下側半分をカットしていないレンズにより形成されるカットオフラインの白色色度規格範囲を説明するためのグラフである。 下側半分をカットしたレンズにより形成されたカットオフラインを含む配光パターンの例である。 下側半分をカットしたレンズにより形成されたカットオフラインを含む配光パターンの白色色度規格範囲を説明するためのグラフである。 ＬＥＤ光源１０の発光スペクトルの例である。 第１遮光シャッタ４１の斜視図である。 第１レンズ３１としてトロイダルレンズを用い、第１遮光シャッタ４１として上端縁が一直線の平板形状のシャッタを用いた場合の問題点（水平線Ｈ−Ｈより上かつ対向車線側の領域Ｐ１_Ｒにも配光されてしまい、これがグレアの原因になる）を説明するための図である。 ワイド光学系によるワイド配光パターンＰ１の例である。 ミドル光学系によるミドル配光パターンＰ２の例である。 スポット光学系によるスポット配光パターンＰ３の例である。 付加ミドル光学系による付加ミドル配光パターンＰ４の例である。 オーバーヘッドサイン光学系によるオーバーヘッドサイン視認用配光パターンＰ５の例である。 走行ビーム用配光パターンとして最適化された一つの合成配光パターンＰの例である。 従来のＬＥＤ光源を用いた車両用灯具２００の例である。 図２４に示した車両用灯具２００により形成される合成配光パターンの例である。

以下、本発明の実施形態である車両用灯具について図面を参照しながら説明する。

本実施形態の車両用灯具１００は、自動車等の車両のヘッドランプ、フォグランプ等に適用されるものであり、図１〜図５に示すように、ＬＥＤ光源１０、第１〜第５反射面２１〜２５、第１〜第５レンズ３１〜３５等を備えている。

［ＬＥＤ光源１０］
ＬＥＤ光源１０は、複数の発光チップ（青色）が実装された光源パッケージ上に、複数の発光チップの発光波長で励起されて発光（ランバーシャン発光。図６参照）する蛍光体（黄色）が塗布又は固着された面光源（縦横比が１：４程度。図４参照）である。ＬＥＤ光源１０は点灯時発熱するが、ＬＥＤ光源１０の上方に配置された放熱器５０（例えば、アルミ製のヒートシンクやヒートパイプ）の作用により、効率のよい放熱が可能となる。

図４、図５等に示すように、ＬＥＤ光源１０は、長手方向が横方向（車幅方向）、照射方向が下向き（発光面が下向き）となるように、例えば、中心軸ＡＸ１（図６参照）が鉛直に対して後方に傾斜（３０度程度）した姿勢で配置されている（図５参照）。なお、ＬＥＤ光源１０は、中心軸ＡＸ１（図６参照）が鉛直の姿勢で配置されていてもよい。

［ワイド光学系］
第１レンズ３１、第１反射面２１、第１遮光シェード４１は、左右方向にワイドなワイド配光パターンＰ１（図７参照）を形成するワイド光学系を構成している。

［第１レンズ３１］
図１〜図５に示すように、ＬＥＤ光源１０よりも前方には、第１レンズ３１（本発明の第１集束結像用レンズに相当）が配置されている。

第１レンズ３１は、図８に示すように、ＬＥＤ光源１０側に焦点Ｆ_３１が設定された非球面レンズ３１ａを略水平方向に円弧状に延ばし、かつ、図１〜図５に示すように、下側略半分がカットされた形状のトロイダルレンズである（例えば、立壁を含め、高さ：約１７ｍｍ、幅：約５０ｍｍ、焦点距離：約２０ｍｍ、肉厚：約１０ｍｍ）。

第１レンズ３１としては、円柱軸が水平方向に延びるシリンドリカルレンズ、すなわち、ＬＥＤ光源１０側に水平方向に延びる焦線が設定されたシリンドリカルレンズを用いることも可能であるが、本実施形態では、水平方向のサイズをコンパクトにするため、トロイダルレンズを用いている。

第１レンズ３１は、例えば、可視光領域で透明な樹脂（例えば、アクリルやポリカーボネイト等の透明又は半透明材料）を射出成形することで（又はガラス材料で）形成可能である。

第１レンズ３１は、第２レンズ３２、第３レンズ３３と一体的に形成してもよいし（図３参照）、別個独立の部品として形成してもよい。

第１レンズ３１は、第１遮光シャッタ４１と、膨張係数が同じ材料で構成するのが望ましい。このようにすれば、温度上昇に伴ってワイド配光パターンＰ１のカットオフがズレるのを防止又は低減することが可能となる。

トロイダルレンズ３１としては、例えば、図８に示すように、非球面レンズ３１ａの焦点Ｆ_３１を通る鉛直軸（回転軸ＡＸ２）を中心に、非球面レンズ３１ａを回転させた形状のトロイダルレンズ（一つの焦点Ｆ_３１を有する）を用いることが可能である。あるいは、非球面レンズ３１ａの焦点Ｆ_３１を通らない鉛直軸を中心に、非球面レンズ３１を回転させた形状のトロイダルレンズ（一つの焦点Ｆ_３１を有する）を用いることも可能である。あるいは、非球面レンズ３１ａを水平方向に円弧状に延ばした形状のトロイダルレンズ（円弧状に連なった焦点Ｆ_３１群を有する）を用いることも可能である。
［トロイダルレンズ３１の下側略半分をカットした技術的意義］
図９に示すように、ＬＥＤ光源１０からの光Ｒａｙ１が斜め上方から集束結像用レンズＬ（トロイダルレンズ３１、第２レンズ３２、第３レンズ３３等）の下側半分のレンズ部分Ｌ_ｂに入射すると、分散し、屈折率が大きい（波長が長い）青色光Ｒａｙ１_Ｂが、当該下側半分のレンズ部分Ｌ_ｂの作用により屈折して前方斜め上向きに照射され、図１０、図１１に示すように、カットオフラインＣＬ近傍を青色に着色する（さらに、着色の影響で、各配光パターンが法規で定められた白色色度範囲に適合しなくなる。図１２参照）という問題がある。特に、ＬＥＤ光源１０は赤色光よりも青色光の強度が強いため（図１５参照）、着色（青色）の影響が大きい。

本出願の発明者は、上記カットオフラインＣＬ近傍の着色（青色）を防止すべく鋭意検討を重ねた結果、トロイダルレンズ３１のうちカットオフラインＣＬ近傍の着色（青色）の原因となる下側半分のレンズ部分Ｌ_ｂ（図９参照）をカットすれば、上記カットオフラインＣＬ近傍の着色（青色）を防止（又は低減）し得る、との着想を得た。

本実施形態では、上記着想に基づき、トロイダルレンズ３１として、光軸ＡＸ３（非球面レンズ３１ａの光軸）よりも下側略半分が水平面でカットされた形状のトロイダルレンズを用いている（図１〜図５参照）。

本出願の発明者は、上記のように下側半分をカットしたレンズＬにより形成されたカットオフラインを含む配光パターン（図１３参照）を観察した結果、上記カットオフラインＣＬ近傍はほとんど着色（青色）されていないことを確認した。また、当該配光パターンが法規で定められた白色色度範囲に適合することも確認した（図１４参照）。

［第１反射面２１］
図３〜図５に示すように、ＬＥＤ光源１０よりも後方、かつ、トロイダルレンズ３１の光軸ＡＸ３近傍（非球面レンズ３１ａの光軸近傍）よりも下方には、ＬＥＤ光源１０の側方からＬＥＤ光源１０の中心軸ＡＸ１近傍にかけての範囲を覆うように、第１反射面２１が配置されている。この配置により、ＬＥＤ光源１０の中心軸ＡＸ１上付近に出射される横長の光源像（比較的光量の多い、ワイド配光パターンに適した光。図６参照）を用いることが可能となる。また、この配置により、トロイダルレンズ３１にはＬＥＤ光源１０からの光が第１反射面２１で反射されて主に斜め下方から入射することになるため（図５参照）、ＬＥＤ光源１０からの光が斜め上方から入射する（図９参照）ことに起因するカットオフライン近傍の着色（青色）をさらに防止又は低減することが可能となる。

第１反射面２１は、ＬＥＤ光源１０から入射する光を前方斜め上向きに反射し、当該反射光がトロイダルレンズ３１を透過し、上下方向に集光し（例えば１０〜２０度程度）かつ左右方向に拡散した（４５〜６０度程度）左右方向にワイドなワイド配光パターンＰ１（図７参照）を形成するように構成された反射面である。

第１反射面２１としては、例えば、図５に示すように、第１焦点がＬＥＤ光源１０近傍（例えば発光面中心付近）に設定され、第２焦点Ｆ２_２１がトロイダルレンズ３１と自己（第１反射面２１）との間（例えば非球面レンズ３１ａの焦点Ｆ_３１近傍又はその上側）に設定された回転楕円系の反射面を用いることが可能である。

第１反射面２１は、例えば、アルミダイキャストや耐熱樹脂からなる基材に対し、アルミ蒸着等の表面処理を施すことで形成可能である。なお、第１反射面２１は、第２反射面２２、第３反射面２３と一体的に形成してもよいし（図３参照）、別個独立の部品として形成してもよい。

［第１遮光シャッタ４１］
図３〜図５に示すように、トロイダルレンズ３１と第１反射面２１との間には、上端縁をトロイダルレンズ３１（非球面レンズ３１ａ）の焦点Ｆ_３１近傍に位置させた状態で第１遮光シャッタ４１が配置されている（すれ違いビームやフォグランプ配光等、対向車への幻惑を防止するため、上方への明るさを減らしたカットオフ配光を作る場合に配置する）。なお、トロイダルレンズ３１に代えてシリンドリカルレンズを用いる場合には、シリンドリカルレンズと第１反射面２１との間に、上端縁をシリンドリカルレンズの焦線近傍に位置させた状態で第１遮光シャッタ４１を配置する。

この遮光用シャッタ４１の配置、及び、トロイダルレンズ３１と第１反射面２１との位置関係により、トロイダルレンズ３１から上向きに出射する光がカットされ、ワイド配光パターンＰ１は、ほぼ水平Ｈ−Ｈ以下に配光されるように制御される（図７参照）。

第１遮光シャッタ４１は、図１６、図４等に示すように、対向車線に対応する上端縁部分４１ａが自車線に対応する上端縁部分４１ｂよりも高く設定された平板形状の遮光部材である。

第１遮光シャッタ４１は、例えば、黒色不透明材料により形成することが可能である。

なお、第１遮光シャッタ４１は、第２遮光シャッタ４２、第３遮光シャッタ４３と一体的に形成してもよいし（図３参照）、別個独立の部品として形成してもよい。

第１遮光シャッタ４１を配置した場合、第１反射面２１の第２焦点Ｆ２_２１は、トロイダルレンズ３１（非球面レンズ３１ａ）の焦点Ｆ_３１よりも上方に設定するのが好ましい。このようにすれば、第１遮光シャッタ４１で遮光される第１反射面２１からの反射光の量が低減するため、より明るいワイド配光パターンＰ１を形成することが可能となる。

［第１遮光シャッタ４１の上端縁部分４１ａを上端縁部分４１ｂよりも高く設定した技術的意義］
本出願の発明者は、第１レンズ３１としてトロイダルレンズ（シリンドリカルレンズも同様）を用い、第１遮光シャッタ４１として上端縁が一直線の平板形状のシャッタを用いると、トロイダルレンズ３１の焦点Ｆ_３１が一点（又は円弧状に連なった焦点Ｆ_３１群）であること（厳密にはトロイダルレンズ３１の形状）に起因し、図１７に示すように、水平線Ｈ−Ｈより上かつ対向車線側の領域Ｐ１_Ｒにも配光されてしまい、これがグレアの原因になることを見出した。

本出願の発明者は、上記水平線Ｈ−Ｈより上かつ対向車線側の領域Ｐ１_Ｒへ配光されるのを防止すべく鋭意検討を重ねた結果、図１６、図４に示すように、遮光シャッタ４１の上端縁のうち対向車線に対応する上端縁部分４１ａを自車線に対応する上端縁部分４１ｂよりも高くすれば、対向車線に向かう光がその高くした上端縁部分４１ａにより遮光されるため、上記水平線Ｈ−Ｈより上かつ対向車線側の領域Ｐ１_Ｒへ配光されるのを防止（又は低減）し得る、との着想を得た。

本実施形態では、上記着想に基づき、第１遮光シャッタ４１として、対向車線に対応する上端縁部分４１ａが自車線に対応する上端縁部分４１ｂよりも高く設定された平板形状のシャッタを用いている（図１６、図４等参照）。

本出願の発明者は、上記構成の第１遮光シャッタ４１を用いたワイド光学系により形成されたワイド配光パターンＰ１（図１８、図７参照）を観察した結果、水平線Ｈ−Ｈより上かつ対向車線側の領域Ｐ１_Ｒには、配光されないことを確認した。

［ワイド光学系によるワイド配光パターンＰ１］
上記構成のワイド光学系（第１レンズ３１、第１反射面２１、第１遮光シェード４１）によれば、図５に示すように、第１反射面２１で反射されたＬＥＤ光源１０からの光（ＬＥＤ光源１０の中心軸ＡＸ１上付近に出射される横長の光源像。比較的光量の多い、ワイド配光パターンに適した光）は、第２焦点Ｆ_２１に集光した後に拡散し、トロイダルレンズ３１に入射し、上下方向に集光し（例えば１０〜２０度程度）かつ左右方向に拡散した（４５〜６０度程度）左右方向にワイドなワイド配光パターンＰ１（図７参照）を形成する。

なお、上下方向の広がりは、非球面レンズ３１ａの焦点距離や第１反射面２１の第２焦点Ｆ２_２１の位置関係、左右方向の広がりは、第１反射面２１への入射角度や非球面レンズ３１ａを延ばす円弧状Ｒの大きさを調整することで、調整可能である。

［ミドル光学系］
第２レンズ３２、第２反射面２２、第２遮光シェード４２は、集光性が高いミドル配光パターンＰ２（図１９参照）を形成するミドル光学系を構成している。

［第２レンズ３２］
図１〜図５に示すように、第１レンズ３１の下方、かつ、第１レンズ３１よりも前方には、第２レンズ３２（本発明の第２集束結像用レンズに相当）が配置されている。

第２レンズ３２は、図１〜図５に示すように、光軸ＡＸ４よりも下側略半分が水平面でカットされた形状の非球面レンズである（例えば、高さ：約１１ｍｍ、幅：約２７ｍｍ、焦点距離：約２０ｍｍ、肉厚：約１０ｍｍ）。第２レンズ３２の下側略半分をカットした理由は、トロイダルレンズ３１の下側略半分をカットしたのと同様、カットオフラインＣＬ近傍の着色（青色）を防止（又は低減）するためである。第２レンズ３２は、例えば、可視光領域で透明な樹脂（例えば、アクリルやポリカーボネイト等の透明又は半透明材料)を射出成形することで（又はガラス材料で）形成可能である。

［第２反射面２２］
図３〜図５に示すように、第１反射面２１の下方、かつ、第１反射面２１よりも前方には、第２反射面２２が配置されている。この配置により、第２反射面２２に向かうＬＥＤ光源１０からの光が第１反射面２１により遮られるのを防止することが可能となる。また、この配置により、光源像の見かけの大きさが第１反射面２１よりも小さい、ミドル配光パターンに適した光（水平から斜めの光源像）を用いることが可能となる。また、この配置により、第２レンズ３２にはＬＥＤ光源１０からの光が第２反射面２２で反射されて主に斜め下方から入射することになるため（図５参照）、ＬＥＤ光源１０からの光が斜め上方から入射する（図９参照）ことに起因するカットオフライン近傍の着色（青色）をさらに防止又は低減することが可能となる。

第２反射面２２は、ＬＥＤ光源１０から入射する光を前方斜め上向きに反射し、当該反射光が第２レンズ３２を透過し、上下方向に集光し（５〜１０度程度）かつ左右方向に拡散した（１０〜２０度程度）ミドル配光パターンＰ２（図１９参照）を形成するように構成された反射面である。

第２反射面２２としては、例えば、図５に示すように、第１焦点がＬＥＤ光源１０近傍（例えば発光面中心付近）に設定され、第２焦点Ｆ２_２２が第２レンズ３２と自己（第２反射面２２）との間（例えば第２レンズ３２の焦点Ｆ_３２近傍又はその上側）に設定された回転楕円系（又は楕円自由曲面）の反射面を用いることが可能である。

第２反射面２２は、例えば、アルミダイキャストや耐熱樹脂からなる基材に対し、アルミ蒸着等の表面処理を施すことで形成可能である。

［第２遮光シャッタ４２］
図３〜図５に示すように、第２レンズ３２と第２反射面２２との間には、上端縁を第２レンズ３２の焦点Ｆ_３２近傍に位置させた状態で第２遮光シャッタ４２が配置されている（すれ違いビームやフォグランプ配光等、対向車への幻惑を防止するため、上方への明るさを減らしたカットオフ配光を作る場合に配置する）。

第２遮光シャッタ４２は、図３〜図５に示すように、平板形状（又は第２レンズ３２の収差を考慮した円弧状）の遮光部材である。

第２遮光シャッタ４２は、例えば、黒色不透明材料により形成することが可能である。

第２遮光シャッタ４２を配置した場合、第２反射面２２の第２焦点Ｆ２_２２は、第２レンズ３２の焦点Ｆ_３２よりも上方に設定するのが好ましい。このようにすれば、第２遮光シャッタ４２で遮光される第２反射面２２からの反射光の量が低減するため、より明るいミドル配光パターンＰ２を形成することが可能となる。

［ミドル光学系によるミドル配光パターンＰ２］
上記構成のミドル光学系（第２レンズ３２、第２反射面２２、第２遮光シェード４２）によれば、図５に示すように、第２反射面２２で反射されたＬＥＤ光源１０からの光（水平から斜めの光源像）は、第２レンズ３２に入射し、上下方向に集光し（５〜１０度程度）かつ左右方向に拡散した（１０〜２０度程度）集光性が高いミドル配光パターンＰ２を形成する（図１９参照）。

［スポット光学系］
第３レンズ３３、第３反射面２３、第３遮光シェード４３は、集光性がミドル光学系よりもさらに高いスポット配光パターンＰ３（図２０参照）を形成するスポット光学系を構成している。

［第３レンズ３３］
図１〜図５に示すように、第２レンズ３２の下方、かつ、第２レンズ３２よりも前方には、第３レンズ３３（本発明の第３集束結像用レンズに相当）が配置されている。

第３レンズ３３は、図１〜図５に示すように、光軸ＡＸ５よりも下側略半分が水平面でカットされた形状の非球面レンズである（例えば、立壁を含め、高さ：約１４ｍｍ、幅：約２７ｍｍ、焦点距離：約２０ｍｍ、肉厚：約１０ｍｍ）。第３レンズ３３の下側略半分をカットした理由は、トロイダルレンズ３１、第２レンズ３２の下側略半分をカットしたのと同様、カットオフラインＣＬ近傍の着色（青色）を防止（又は低減）するためである。第３レンズ３３は、例えば、可視光領域で透明な樹脂（例えば、アクリルやポリカーボネイト等の透明又は半透明材料）を射出成形することにより（又はガラス材料により）形成可能である。

［第３反射面２３］
図３〜図５に示すように、第２反射面２２の下方、かつ、第２反射面２２よりも前方には、第３反射面２３が配置されている。この配置により、第３反射面２２に向かうＬＥＤ光源１０からの光が第２反射面２２により遮られるのを防止することが可能となる。また、この配置により、光源像の見かけの大きさが第２反射面２２よりも小さい、スポット配光パターンに適した光（水平から傾斜の大きい斜めの光源像）を用いることが可能となる。

第３反射面２３は、ＬＥＤ光源１０から入射する光を前方斜め上向きに反射し、当該反射光が第３レンズ３３を透過し、上下方向に集光し（２〜５度程度）かつ左右方向に拡散した（２〜１０度程度）スポット配光パターンＰ３（図２０参照）を形成するように構成された反射面である。

第３反射面２３としては、例えば、図５に示すように、第１焦点がＬＥＤ光源１０近傍（例えば発光面中心付近）に設定され、第２焦点Ｆ２_２３が第３レンズ３３と自己（第３反射面２３）との間（例えば第３レンズ３３の焦点Ｆ_３３近傍又はその上側）に設定された回転楕円系（又は楕円自由曲面）の反射面を用いることが可能である。

第３反射面２３は、例えば、アルミダイキャストや耐熱樹脂からなる基材に対し、アルミ蒸着等の表面処理を施すことで形成可能である。

［第３遮光シャッタ４３］
図３〜図５に示すように、第３レンズ３３と第３反射面２３との間には、上端縁を第３レンズ３３の焦点Ｆ_３３近傍に位置させた状態で第３遮光シャッタ４３が配置されている（すれ違いビームやフォグランプ配光等、対向車への幻惑を防止するため、上方への明るさを減らしたカットオフ配光を作る場合に配置する）。

第３遮光シャッタ４３は、図３〜図５に示すように、平板形状（又は第３レンズ３３の収差を考慮した円弧状）の遮光部材である。

第３遮光シャッタ４３は、例えば、黒色不透明材料により形成することが可能である。

第３遮光シャッタ４３を配置した場合、第３反射面２３の第２焦点Ｆ２_２３は、第３レンズ３３の焦点Ｆ_３３よりも上方に設定するのが好ましい。このようにすれば、第３遮光シャッタ４３で遮光される第３反射面２３からの反射光の量が低減するため、より明るいスポット配光パターンＰ３を形成することが可能となる。

［スポット光学系によるスポット配光パターンＰ３］
上記構成のスポット光学系（第３レンズ３３、第３反射面２３、第３遮光シェード４３）によれば、図５に示すように、第３反射面２３で反射されたＬＥＤ光源１０からの光（水平から傾斜の大きい斜めの光源像）は、第３レンズ３３に入射し、上下方向に集光し（２〜５度程度）かつ左右方向に拡散した（２〜１０度程度）集光性がミドル光学系よりもさらに高いスポット配光パターンＰ３（図２０参照）を形成する。

［付加ミドル光学系］
第４レンズ３４、第４反射面２４、第４遮光シェード４４は、ミドル配光パターンＰ３に重畳される付加ミドル配光パターンＰ４（図２１参照）を形成する付加ミドル光学系を構成している。

［第４レンズ３４］
図１〜図５に示すように、第１レンズ３１の下方、第１レンズ３１よりも前方、かつ、第２レンズ３２の両側にはそれぞれ、第４レンズ３４が配置されている。

第４レンズ３４は、図１〜図５に示すように、上側略半分及び下側が水平面でカットされた形状の非球面レンズである（例えば、高さ：約９ｍｍ、幅：約１５ｍｍ、焦点距離：約２０ｍｍ、肉厚：約１０ｍｍ）。第４レンズ３４の下側をカットした理由は、トロイダルレンズ３１等の下側略半分をカットしたのと同様、カットオフラインＣＬ近傍の着色（青色）を防止（又は低減）するためである。第４レンズ３４は、例えば、可視光領域で透明な樹脂（例えば、アクリルやポリカーボネイト等の透明又は半透明材料)を射出成形することで（又はガラス材料で）形成可能である。

なお、第４レンズ３４は、上側略半分が水平面でカットされた形状の非球面レンズであるため、図９に示すように、ＬＥＤ光源１０からの光Ｒａｙ１が斜め上方から第４レンズ３４（図９中符号Ｌｂに相当）に入射すると、分散し、屈折率が大きい（波長が長い）青色光Ｒａｙ１_Ｂが、当該第４レンズ３４の作用により屈折して前方斜め上向きに照射され、図１０に示すように、カットオフラインＣＬ近傍を青色に着色することになる。しかし、第４レンズ３４に入射する光はＬＥＤ光源１０から横方向に浅い角度で出射される上下方向に狭い範囲の光であり、第４レンズ３４での屈折量も少ないため、カットオフラインＣＬ近傍の着色（青色）はほとんど目立たない。

［第４反射面２４］
図３〜図５に示すように、ＬＥＤ光源１０よりも後方、第１反射面２１の上方、かつ、第４レンズ３４の上方には、ＬＥＤ光源１０の側方を覆うように、第４反射面２４が配置されている。この配置により、光源像の見かけの大きさが第１反射面２１よりも小さい、付加ミドル配光パターンに適した光（ほぼ横長の光源像）を用いることが可能となる。

第４反射面２４は、ＬＥＤ光源１０から入射する光を反射し、当該反射光が第４レンズ３４を透過し、上下方向に集光し（３〜１０度程度）かつ左右方向に拡散した（５〜１５度程度）付加ミドル配光パターンＰ４（図２１参照）を形成するように構成された反射面である。

第４反射面２４としては、例えば、第１焦点がＬＥＤ光源１０近傍（例えば発光面中心付近）に設定され、第２焦点が、第４レンズ３４に反射光が入射後、上下方向に集光し（３〜１０度程度）かつ左右方向に拡散する（５〜１５度程度）ように構成された反射面（例えば、回転楕円面又は楕円自由曲面とを組み合わせた反射面）を用いることが可能である。

第４反射面２４は、例えば、アルミダイキャストや耐熱樹脂からなる基材に対し、アルミ蒸着等の表面処理を施すことで形成可能である。

第４反射面２４は、右に配置された第４レンズ３４、左に配置された第４レンズ３４それぞれに対する入射効率を上げるため、２〜４つの面を組み合わせて構成するのが好ましい。

［第４遮光シャッタ４４］
図３、図４に示すように、第４レンズ３４と第４反射面２４との間には、上端縁を第４レンズ３４の焦点近傍に位置させた状態で第４遮光シャッタ４４が配置されている（すれ違いビームやフォグランプ配光等、対向車への幻惑を防止するため、上方への明るさを減らしたカットオフ配光を作る場合に配置する）。

第４遮光シャッタ４４は、図３、図４に示すように、第４レンズ３４の収差を考慮した円弧状（又は平板形状）の遮光部材である。

第４遮光シャッタ４４は、例えば、黒色不透明材料により形成することが可能である。

第４遮光シャッタ４４を配置した場合、第４反射面２４の第２焦点は、第４レンズ３４の焦点よりも上方に設定するのが好ましい。このようにすれば、第４遮光シャッタ４４で遮光される第４反射面２４からの反射光の量が低減するため、より明るい付加ミドル配光パターンＰ４を形成することが可能となる。

［付加ミドル光学系による付加ミドル配光パターンＰ４］
上記構成の付加ミドル光学系（第４レンズ３４、第４反射面２４、第４遮光シェード４４）によれば、第４反射面２４で反射されたＬＥＤ光源１０からの光（ほぼ横長の光源像）は、第４レンズ３４に入射し、上下方向に集光し（３〜１０度程度）かつ左右方向に拡散した（５〜１５度程度）集光性が高い付加ミドル配光パターンＰ４（図２１参照）を形成する。

［オーバーヘッドサイン光学系］
第５レンズ３５、第５反射面２５は、オーバーヘッドサイン視認用配光パターンＰ５（図２２参照）を形成するオーバーヘッドサイン光学系を構成している。

［第５レンズ３５］
図１〜図４に示すように、第３レンズ３３（及び第２レンズ３２）の両側にはそれぞれ、第５レンズ３５が配置されている。

第５レンズ３５は、図１〜図４に示すように、縦フルートカット等の円柱軸が鉛直方向に延びるシリンダー形状のレンズである（例えば、肉厚：２〜５ｍｍ程度）。第５レンズ３５は、例えば、可視光領域で透明な樹脂（例えば、アクリルやポリカーボネイト等の透明又は半透明材料）を射出成形することで（又はガラス材料で）形成可能である。

［第５反射面２５］
図３、図４に示すように、第３反射面２３（及び第２反射面２３）の両側にはそれぞれ、第５反射面２５が配置されている。

第５反射面２５は、ＬＥＤ光源１０から入射する光を反射し、当該反射光が第５レンズ３５を透過し、左右方向に拡散したオーバーヘッドサイン視認用配光パターンＰ５（図２２参照）を形成するように構成された反射面である。

第５反射面２５としては、例えば、焦点がＬＥＤ光源１０近傍（例えば発光面中心付近）に設定された回転放物面（又は放物自由曲面）を用いることが可能である。

第５反射面２５は、水平線Ｈ−Ｈよりも上にオーバーヘッドサイン視認用配光パターンＰ５を配光するため、回転軸が水平に対して上向きとなるように配置されている。

第５反射面２５は、例えば、アルミダイキャストや耐熱樹脂からなる基材に対し、アルミ蒸着等の表面処理を施すことで形成可能である。

［オーバーヘッドサイン光学系によるオーバーヘッドサイン視認用配光パターンＰ５］
上記構成のオーバーヘッドサイン光学系（第５反射面２５、第５レンズ３５）によれば、第５反射面２５で反射されたＬＥＤ光源１０からの光（傾斜の大きい斜めの光源像）は、第５レンズ３５に入射し、水平方向に拡散したオーバーヘッドサイン視認用配光パターンＰ５（図２２参照）を形成する。

［合成配光パターンＰ］
上記各光学系により形成される各配光パターンＰ１〜Ｐ５はそれぞれ、図２３に示すように重畳され、走行ビーム用配光パターンとして最適化された一つの合成配光パターンＰを形成する。図２３を参照すると、ワイド配光パターンＰ１、ミドル配光パターンＰ２、Ｐ４、スポット配光パターンＰ３等が組み合わされ、配光の最適化が図れていることを確認できる。

なお、各レンズ３１〜３４と各遮光シャッタ４１〜４４は、膨張係数が異なる材料で構成すると、温度上昇で各配光パターンＰ１〜Ｐ４のカットオフがズレてしまうため、膨張係数が同じ樹脂材料で構成し、レーザー溶着等で固着するのが好ましい（図３参照）。

以上説明したように、従来、ワイド配光パターン、ミドル配光パターン、スポット配光パターンを含む合成配光パターンを形成するには少なくとも三つのＬＥＤ光源（集光ユニット、中拡散ユニット、大拡散ユニット）が必要であったのに対し、本実施形態の車両用灯具１００によれば、一つのＬＥＤ光源１０で、ワイド配光パターンＰ１、ミドル配光パターンＰ２、スポット配光パターンＰ３を含む、すれ違いビームに最適化された合成配光パターンＰを形成するように、各反射面２１〜２３、各レンズ３１〜３３が配置されている。このため、従来と比べ、部品点数が増加しコストアップするのを防止することが可能となる。また、集束結像用レンズ（トロイダルレンズ３１、第２レンズ３２、第３レンズ３３、第４レンズ３４等）はカットオフラインＣＬ近傍の着色（青色）の原因となる下側略半分がカットされた形状であるため（図１〜図５参照）、ＬＥＤ光源１０からの光（反射光も含む）が斜め上方から入射する（図９参照）ことに起因するカットオフラインＣＬ近傍の着色（青色）を防止又は低減することが可能となる。また、従来と比べ、下側略半分をカットした分、縦方向の寸法を小型化することが可能となる。

また、本実施形態の車両用灯具１００によれば、各反射面（特に、第１反射面２１、第２反射面２２）は各レンズ（特に、トロイダルレンズ３１、第２レンズ３２）の光軸近傍よりも下方に配置されており（図５参照）、各レンズには当該各反射面の作用によりＬＥＤ光源１０からの光が斜め上方からではなく主に斜め下方から入射する構成である（図５参照）。この構成により、ＬＥＤ光源１０からの光が斜め上方から入射する（図９参照）ことに起因するカットオフライン近傍の着色（青色）をさらに防止又は低減することが可能となる。

また、本実施形態の車両用灯具１００によれば、第１遮光シャッタ４１のうち自車線に対応する上端縁４１ｂ部分よりも高く設定された対向車線に対応する上端縁部分４１ａの作用により、対向車線に向かう光が遮光されるため、トロイダルレンズ３１（又はシリンドリカルレンズ）を用いても、水平線Ｈ−Ｈより上かつ対向車線側の領域Ｐ１_Ｒに配光されることに起因するグレアを防止又は低減することが可能となる。

また、本実施形態の車両用灯具１００によれば、各遮光シャッタ４１〜４４の上端縁により規定されるカットオフラインを有する各配光パターンＰ１〜Ｐ４を形成することが可能となる。

また、本実施形態の車両用灯具１００によれば、第２レンズ３２、第３レンズ３３等として短い焦点距離で小型サイズの非球面レンズを用いても、複数レンズ３１〜３５の組み合わせ構造であるため光量低下や配光自由度の低下がなく、奥行きの薄型化が可能となる。

また、本実施形態の車両用灯具１００によれば、各レンズ３１〜３３を階段状に配置したことで、各レンズ３１〜３３全体として斜め形状のレンズになっており、同様に反射面２１〜２３も全体として斜め形状の反射面になり（図３参照）、スラントしたヘッドランプのアウターレンズのオフセット形状に対応したユニットとして、従来にない面沿い寸法での奥行き薄型化が可能となる。

また、本実施形態の車両用灯具１００によれば、複数レンズ３１〜３５の組み合わせが立体的となり、従来の丸形状と異なる斬新な見栄えが可能となる。また、複数のレンズ３１〜３５の組み合わせでレンズにクリスタル感があり、高級な見栄えが可能となる。

また、本実施形態の車両用灯具１００によれば、照射方向が下向き（発光面が下向き）となるようにＬＥＤ光源１０を配置し、各反射面３１〜３３で前方斜め上向きに反射して各レンズ３１〜３３に入射させる構造であるため、カットオフライン近傍の着色（青色）を防止（又は低減）することが可能となる。

従来、ＬＥＤ光源を用いたプロジェクタ単眼レンズでは、レンズの肉厚が厚くなり、樹脂レンズでの射出成形時に起きる収縮ヒケの問題が大きく、成形時に金型の保圧・冷却時間がかかるなど高いコストが課題となっていた。これに対し、本実施形態の車両用灯具１００によれば、各レンズ３１〜３５の大きさが小さく、肉厚を薄くできるので、射出成形の問題が解消され、廉価なレンズとなる。

また、本実施形態の車両用灯具１００によれば、ＬＥＤ光源１０は点灯時発熱するが、従来のＬＥＤ光源の下側に放熱器がある構造より、上側に放熱器５０を配置したことで、効率のよい放熱が可能となる。

従来、集光ユニット、中拡散ユニット、大拡散ユニット等の複数の光学ユニットを用いたプロジェクタ型ランプユニットでは、各ユニットのカットオフを合わせる等、光軸調整機構部品の追加や組み立て時の調整工程でコストアップとなる問題があった。これに対し、本実施形態の車両用灯具１００によれば、複数の光学ユニットを用いない構成であるため、光軸調整機構部品の追加や組み立て時の調整工程を省略することが可能となる。

次に、変形例について説明する。

上記実施形態では、５つの光学系（ワイド光学系、ミドル光学系、スポット光学系、付加ミドル光学系、オーバーヘッドサイン光学系）を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。これらの光学系を適宜組み合わせることが可能である。例えば、ワイド光学系、ミドル光学系のみで車両用灯具１００を構成してもよい（例えばフォグランプに適用する場合）。あるいは、ワイド光学系、ミドル光学系、スポット光学系のみで車両用灯具１００を構成してもよい（例えばヘッドランプに適用する場合）。

また、上記実施形態では、一つの車両用灯具１００を用いてヘッドランプを構成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＬＥＤ光源１０の明るさが不足するのであれば、複数の車両用灯具１００を組み合わせてヘッドランプを構成してもよい。

また、上記実施形態では、放熱器５０として箱状のもの例示した（図参照）が、これに限定されることなく、デザインされた形状や、上だけではなく表側から裏側にも回りこんだ放熱器を用いることが可能である。

また、上記実施形態では、遮光シャッタ４１〜４４が黒色不透明材料により形成された例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、遮光シャッタ４１〜４４は、デザイン上から、必要に応じてカラー着色材で形成したり、着色塗装、アルミ蒸着をした上に透明の着色塗装を施してもよい。

また、上記実施形態では、遮光シャッタ４１〜４４を配置した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。必要に応じて遮光シャッタ４１〜４４の一部又は全部を省略してもよい（例えば走行ビーム用配光パターンを形成する場合）。

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

１００…車両用灯具、１０…ＬＥＤ光源、２１〜２５…第１〜第５反射面、３１〜３５…第１〜第５レンズ、４１〜４４…第１〜第４遮光シャッタ、５０…放熱器

Claims (6)

1. 照射方向が下向きとなるように配置されたＬＥＤ光源と、
   前記ＬＥＤ光源よりも前方に配置された第１集束結像用レンズと、
   前記第１集束結像用レンズの下方、かつ、前記第１集束結像用レンズよりも前方に配置された第２集束結像用レンズと、
   前記ＬＥＤ光源の側方から前記ＬＥＤ光源の中心軸近傍にかけての範囲を覆うように配置された第１反射面と、
   前記第１反射面の下方、かつ、前記第１反射面よりも前方に配置された第２反射面と、を備えており、
   前記第１反射面は、前記ＬＥＤ光源から入射する光を反射し、当該反射光が前記第１集束結像用レンズを透過し、上下方向に集光しかつ左右方向に拡散したワイド配光パターンを形成するように構成されており、
   前記第２反射面は、前記ＬＥＤ光源から入射する光を反射し、当該反射光が前記第２集束結像用レンズを透過し、上下方向に集光しかつ左右方向に拡散したミドル配光パターンを形成するように構成されていることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記第１反射面は、第１焦点が前記ＬＥＤ光源近傍に設定され、第２焦点が前記第１集束結像用レンズと自己との間に設定された回転楕円系の反射面であり、
   前記第２反射面は、第１焦点が前記ＬＥＤ光源近傍に設定され、第２焦点が前記第２集束結像用レンズと自己との間に設定された回転楕円系の反射面であることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 上端縁を前記第１集束結像用レンズの焦点近傍に位置させた状態で前記第１集束結像用レンズと前記第１反射面との間に配置された第１遮光シャッタ、上端縁を前記第２集束結像用レンズの焦点近傍に位置させた状態で前記第２集束結像用レンズと前記第２反射面との間に配置された第２遮光シャッタのうち、少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
4. 前記第２集束結像用レンズの下方、かつ、前記第２集束結像用レンズよりも前方に配置された第３集束結像用レンズと、
   前記第２反射面の下方、かつ、前記第２反射面よりも前方に配置された第３反射面と、をさらに備えており、
   前記第３反射面は、前記ＬＥＤ光源から入射する光を反射し、当該反射光が前記第３集束結像用レンズを透過し、上下方向に集光しかつ左右方向に拡散したスポット配光パターンを形成するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両用灯具。
5. 前記第１集束結像用レンズの下方、前記第１集束結像用レンズよりも前方、かつ、前記第２集束結像用レンズの両側に配置された第４集束結像用レンズと、
   前記ＬＥＤ光源よりも後方、前記第１反射面の上方、かつ、前記第４集束結像用レンズの上方に、前記ＬＥＤ光源の側方を覆うように配置された第４反射面と、
   をさらに備えており、
   前記第４反射面は、前記ＬＥＤ光源から入射する光を反射し、当該反射光が第４集束結像用レンズを透過し、上下方向に集光しかつ左右方向に拡散した付加ミドル配光パターンを形成するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用灯具。
6. 前記第３集光結像用レンズの両側に配置された拡散用レンズと、
   前記第３反射面の両側に配置された第５反射面と、
   をさらに備えており、
   前記第５反射面は、前記ＬＥＤ光源から入射する光を反射し、当該反射光が前記拡散用レンズを透過し、左右方向に拡散したオーバーヘッドサイン視認用配光パターンを形成するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両用灯具。